减弱边坡内部巷道围岩应变的方法技术

本发明专利技术减弱边坡内部巷道围岩应变的一种方法，它是通过在巷道的边坡内侧、上部及底部设置钻孔，采用有限元软件或经验公式进行计算确定钻孔深度和间距，采用回转钻进，取出岩心。边坡变形过程中，岩石受应力挤压变形，钻孔的存在使应变横向发展，可使传递到巷道衬砌的纵向应力解除或减小，从而达到减少巷道变形的目的。通过钻机穿孔、提取岩心，增大巷道围岩弹性变形，减少衬砌压力，从而减少巷道缩颈。

【技术实现步骤摘要】
减弱边坡内部巷道围岩应变的方法
本专利技术涉及隧道加固技术，具体说是一种减弱边坡内部巷道围岩应变的方法。
技术介绍
在露天矿山开采过程中，当矿山进入深部开采后，其运输方式往往采用汽车—皮带联合运输系统，皮带一般设置于已靠界边坡内部。随着开采加深，边坡高度变大，边坡变形逐步加大，尤其是局部软弱带部位，其变形量往往很大。如果皮带巷道正处在软弱变形区与坚硬岩石接触带，将导致该区域巷道产生差异变形，巷道产生缩颈现象，影响巷道正常生产。由于矿山边坡高大，采取外部边坡加固的方式只能缓解边坡变形，因此从巷道内部采取一定方式进行处理，从而减少巷道缩颈，就可以起到减少外部边坡防护工程量的效果。边坡内部巷道变形主要受边坡潜在变形影响，因此对此类巷道变形的加固应首先对边坡进行加固，然后才是对巷道本身的加固。边坡的加固由于可以采用高预应力锚索等常规方式完成，而巷道本身加固，却一般只能从衬砌、短锚杆或注浆等方法加固。上述方式往往存在工程量大、工期长、控制变形技术难度大等缺点。专利号201310745951.7公开了一种强矿压巷道支护设计方法，该方法是对单独巷道的加固多采用锚固方式，适当增加锚杆长度以使其深入围岩塑性区范围内，适当减小锚索长度，锚杆、锚索形成较好匹配，长短结合，有效提高围岩的稳定强度。公开号CN107060760A的一种煤矿回撤巷道预裂爆破放顶卸压的方法是通过在回撤巷道副帮顶板布置钻孔，装药爆破后钻孔间形成贯穿的裂缝和破坏区并实现顶板超前破裂跨断，改善巷道围岩应力环境、控制巷道围岩变形。公开号CN105631102A一种高应力巷道围岩卸压控制大变形的方法主要是针对围岩压力为高应力的巷道，通过在巷道围岩内采用钻孔或预裂爆破技术卸压，并在卸压槽内充填围岩变形缓冲材料。该专利技术主要针对矿山大埋深或者非冲击地压的高应力地质条件下巷道围岩变形，而未涉及边坡对巷道的影响。公开号CN106884660A一种护巷煤柱底角预裂爆破卸压控制巷道变形的方法是在护巷煤柱底角以一定角度向煤柱底板方向施工钻孔，采用分组装药一次起爆的形式预裂底板，有效释放护巷煤柱和巷道围岩的应力集中，减少巷道尤其是底板变形量，改善巷道围岩控制效果的。该专利技术主要通过爆破对煤柱底板进行提前卸压。
技术实现思路
本专利技术的目的是为减少矿山巷道外边坡加固工程量，提供一种方法简单、效果显著、经济的工程处理方式，通过钻机穿孔、提取岩心，增大巷道围岩弹性变形，减少衬砌压力，从而减少巷道缩颈。本专利技术是通过下述技术方案来实现的：本专利技术的减弱边坡内部巷道围岩应变的方法，包括边坡和设置在靠近边坡的巷道，设置在巷道内侧的巷道衬砌，其特征在于：包括下例步骤：1)在巷道变形部位两侧，针对不同岩性，钻取岩心，对岩心进行室内剪切试验、压缩试验，得出岩石抗剪参数、变形参数，建立边坡地质剖面模型，将抗剪和变形参数导入有限元软件，形成弹塑性本构模型，采用摩尔库伦强度准则，进行边坡应力应变分析；钻孔布置参数通过经验及经验公式计算得出，将钻孔布置参数输入有限元软件，通过有限元软件验证调整钻孔参数；2)根据上述钻孔参数，采用回转钻进，在巷道的边坡内侧、上部及底部设置钻孔，巷道边坡内侧钻横向扇形深孔，顶部钻纵向扇形浅孔以及底部钻垂直浅孔；钻孔顺序为先钻侧壁横向扇形深孔，后钻底部垂直浅孔，再钻顶部纵向扇形浅孔，同一类型的钻孔采取≥3米间距跳打的顺序循环施工；3)钻孔施工完毕后，除边坡内侧侧壁的钻孔外，对每个钻孔进行封堵，减少巷道渗水量，方便后期增加钻孔。所述的侧壁横向扇形深孔的间距为0.49m。所述的底部垂直浅孔的间距为0.62m。所述的顶部钻纵向扇形浅孔的间距为0.73m。所述的钻孔布置参数通过以下经验公式计算，式中，L1、L2、L3分别为水平钻孔、顶部钻孔、底部钻孔深度，h为巷道高度，L为巷道底面高度，r为巷道弧度半径，E1为围岩弹性模量，E2为破碎带或软岩弹性模量，N1、N3、N5、为尺寸效应影响系数，N2、N4、N6为岩石弹性模量影响系数。N1＝0.45～0.56，N2＝0.11～0.25，N3＝0.08～0.15，N4＝0.06～0.17，N5＝0.11～0.17，N6＝0.10～0.46。本专利技术的有益效果是：由于本专利技术是从巷道受纵向应力影响的边坡内侧、顶部及底部采取钻孔以取出岩石，以达到减少巷道侧向位移的目的。当钻孔中的岩心被取出后，岩石内部形成一定空间，孔壁的应力被解除，当岩石受边坡内部应力影响时，岩石所受应力具有向孔内消散的趋势，最终使传递到巷道衬砌上的应力解除或减少。由于巷道顶部与底部取芯钻孔的存在，岩石受挤压变形时不易传递到巷道衬砌，间接减少了巷道位移。本专利技术实施方便，在露天矿巷道变形的控制中，可以采用小型履带式钻机进行巷道内作业，钻孔数量多，但深度浅，易于实施。附图说明图1是本专利技术的巷道与边坡相对位置示意图。图2是本专利技术中巷道钻孔分布示意图。图3是本专利技术中巷道内顶板钻孔投影布置图。图4是本专利技术中巷道内侧壁钻孔立面布置图。图5是本专利技术中巷道内底板钻孔平面布置图。具体实施方式为更好阐述本专利技术的减弱边坡内部巷道围岩应变的方法，下面结合附图和某矿山巷道变形为实例作进一步阐述说明。如图1-图5所示，本专利技术的减弱边坡内部巷道围岩应变的方法，包括边坡1和设置在靠近边坡1的巷道2，设置在巷道2内侧的巷道衬砌3，巷道2靠近边坡1布置,如图1所示，巷道2与边坡1平行，巷道2穿过软岩(绿泥石片岩带)，两侧为硬岩(铁矿和花岗岩)，巷道2内部由于绿泥石片岩变形大于围岩，引起了差异变形，巷道2处于边坡内部，巷道2所受应力主要集中于巷道右侧，图1中的箭头表示巷道受力向。首先,针对不同岩性，钻取岩心，对岩心进行室内剪切试验、压缩试验，得出岩石抗剪参数、变形参数，建立边坡地质剖面模型，将抗剪和变形参数导入有限元软件，形成弹塑性本构模型。采用摩尔库伦强度准则，进行边坡应力应变分析，根据边坡应力分析，确定巷道2四周应力分布特征，如图2所示。根据应力分布特征，岩石力学参数及经验公式计算得出设计钻孔布置参数：巷道侧壁横向扇形深孔5的间距为0.49m，巷道底部垂直浅孔6的间距为0.62m，巷道顶部钻纵向扇形浅孔4的间距为0.73m。本专利技术所述的钻孔布置长度通过以下经验公式计算，式中，L1、L2、L3分别为水平钻孔、顶部钻孔、底部钻孔深度，h为巷道高度，L为巷道底面高度，r为钻孔间距，E1为围岩弹性模量，E2为破碎带或软岩弹性模量，N1、N3、N5、为尺寸效应影响系数，N2、N4、N6为岩石弹性模量影响系数。N1＝0.45～0.56，N2＝0.11～0.25，N3＝0.08～0.15，N4＝0.06～0.17，N5＝0.11～0.17，N6＝0.10～0.46。确定参数：钻孔直径100mm～300mm；巷道宽3.6m,高为4.75m，钻孔呈正方形布置，底部垂直浅孔6间距0.49m，侧壁横向扇形深孔5间距0.62m，顶部钻纵向扇形浅孔4间距0.73m；E1＝24MPa，E2＝4MPa。N1＝0.62，N2＝0.14，N3＝0.1，N4＝0.07，N5＝0.17，N6＝0.15。将上述参数代入经验公式，底部垂直浅孔6深3m，侧壁横向扇形深孔5深4.9m，顶部钻纵向扇形浅孔4深1.5m。首先对侧壁横向扇形深孔5进行钻探，钻探顺序采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减弱边坡内部巷道围岩应变的方法，包括边坡和设置在靠近边坡的巷道，设置在巷道内侧的巷道衬砌，其特征在于：包括下例步骤：1)在巷道变形部位两侧，针对不同岩性，钻取岩心，对岩心进行室内剪切试验、压缩试验，得出岩石抗剪参数和变形参数，建立边坡地质剖面模型，将抗剪和变形参数导入有限元软件，形成弹塑性本构模型，采用摩尔库伦强度准则，进行边坡应力应变分析；钻孔布置参数通过经验及经验公式计算得出，将钻孔布置参数输入有限元软件，通过有限元软件验证调整钻孔参数；2)根据上述钻孔参数，采用回转钻进，在巷道的边坡内侧、上部及底部设置钻孔，巷道边坡内侧钻横向扇形深孔，顶部钻纵向扇形浅孔以及底部钻垂直浅孔；钻孔顺序为先钻侧壁横向扇形深孔，后钻底部垂直浅孔，再钻顶部纵向扇形浅孔，同一类型的钻孔采取≥3米间距跳打的顺序循环施工；3)钻孔施工完毕后，除边坡内侧侧壁的钻孔外，对每个钻孔进行封堵，减少巷道渗水量，方便后期增加钻孔。

【技术特征摘要】
1.一种减弱边坡内部巷道围岩应变的方法，包括边坡和设置在靠近边坡的巷道，设置在巷道内侧的巷道衬砌，其特征在于：包括下例步骤：1)在巷道变形部位两侧，针对不同岩性，钻取岩心，对岩心进行室内剪切试验、压缩试验，得出岩石抗剪参数和变形参数，建立边坡地质剖面模型，将抗剪和变形参数导入有限元软件，形成弹塑性本构模型，采用摩尔库伦强度准则，进行边坡应力应变分析；钻孔布置参数通过经验及经验公式计算得出，将钻孔布置参数输入有限元软件，通过有限元软件验证调整钻孔参数；2)根据上述钻孔参数，采用回转钻进，在巷道的边坡内侧、上部及底部设置钻孔，巷道边坡内侧钻横向扇形深孔，顶部钻纵向扇形浅孔以及底部钻垂直浅孔；钻孔顺序为先钻侧壁横向扇形深孔，后钻底部垂直浅孔，再钻顶部纵向扇形浅孔，同一类型的钻孔采取≥3米间距跳打的顺序循环施工；3)钻孔施工完毕后，除边坡内侧侧壁的钻孔外，对每个钻孔进行封堵，减少巷道渗水量，方便后期增加钻孔。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝才，刘述栋，宫长亮，代俊杰，樊伟，李天龙，王建，
申请(专利权)人：鞍钢集团矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21